BIPV技术与应用院士中心第96场论坛

李红波2021.5.6BIPV技术与运用主要内容概述BIPV系统设计BIPV运用方式BIPV组件及系统技术兆瓦级BIPV系统案例建筑能耗占全社会终端能耗的27.8%；发电上网方便，不需求架设输电线路无需额外占地或加建其他设备，可以安装在任何地方；光伏和电网同时给负载供电，添加供电的可靠性；无废弃物排放，不耗费任何燃料、水，不会给居民的生活带来不便。一、概述并网运用，直接并入电网，城市采用建筑一体化方式〔BIPV〕，既不影响建筑美观，又成为建筑的一部分，也可直接做为建材，以降低整体造价，在城市土地紧张，太阳能又属于低密度能源，需求用面积来到达一定功率，采用BIPV可提高土地利用率，二、BIPV系统设计BAPVBuildingAttachedPVBIPVBuildingIntegratedPV完美调和是设计的目的与建筑结合的太阳电池组件所应具有的功能BIPV系统设计原那么美观性：光学要求、颜色、外形质感、透光率构造性：尺寸和外形、承压、防雨、隔音、隔热等平安性：电性能平安、构造可靠、避雷及接地维护功能性：温度和通风要求、防热斑、方便安装等安装后安装前附加的特性：太阳电池与建筑结合后还具有最为重要的特性————发电。传统的建筑资料被太阳电池组件替代后还具有独特的光学效果。.安装方式颜色：透光性外形尺寸形变：弯曲的或柔性的太阳电池组件晶体硅太阳电池:圆形或方形的硅片；薄膜太阳电池:在玻璃或其它资料的衬底上堆积〔非晶硅、CIS,CdTe〕复合型太阳电池(Sanyo,J):硅资料衬底上堆积非晶硅薄膜。各种薄膜太阳电池:CIS：9%amourphoussilicon：5％－8％CdTe：7to8%各种晶体硅太阳电池效率：14％－23％技术性原那么〔1〕思索建筑物的周边环境，尽量避开或远离遮荫物。〔2〕兼顾建筑物的前提下，确定最优的组件朝向及倾角对于晶体硅太阳电池，很小的遮挡就会引起很大的功率损失；遮挡对于薄膜电池的影响要小得多。技术性原那么〔3〕思索组件的通风，尽量保证通风良好温升情况及功率损失作为立面墙体材料，没有通风，温升非常高，功率损失9%；作为屋顶建筑材料，没有通风，温升很高，功率损失5.4%；安装在南立面，通风较差，温升很高，功率损失4.8%；安装在倾斜屋顶，通风较差，温升很高，功率损失2.6%；安装在平屋顶，通风较差，温升很高，功率损失2.1%。〔4〕根据建筑形状及组件尺寸确定排布方案及并网方式计算每一个方向可以安装的组件总数及陈列方式每组串联数普通一个朝向对应一路逆变，以提高逆变效率〔5〕合理设计尽量减少电缆长度对于不同的日照条件、气候条件和安装方式，电池板的外表温度也不同，在空气流通的室外，温度可以到达50℃一80℃，对于晶体硅电池，由于存在热斑效应，有时部分温度能到达200cC。电池片的温度会使中空玻璃空腔内的空气过度膨胀，当夜晚没有日照时，随着电池片温度的降低，腔体内的空气也会降温收缩。这样，中空玻璃一直处于高低温交变的条件下，会使密封资料寿命大大缩短，呵斥中空玻璃密封失效，甚至玻璃炸裂。温度影响要素中空双玻璃光伏组件各部位的温度关系为:向光面＞中空层＞背光面在温度较高的地域，中空双玻璃光伏组件比普通双玻璃光伏组件少产生8%左右的电能光伏玻璃幕墙组件热性能研讨电气衔接方式规范太阳电池组件的接线盒是放在组件背后；与建筑结合的太阳电池组件：接线盒放在太阳电池组件的侧面。三、BIPV运用方式与屋顶的一体化运用与墙的一体化运用与遮阳安装的一体化运用其它光伏建筑构件一体化运用与屋顶的一体化运用光伏瓦荷兰Lafarge公司与墙的一体化运用与遮阳安装的一体化设计其它光伏建筑构件四、BIPV组件及系统技术光伏幕墙组件光伏玻璃幕墙组件两片玻璃必需是钢化玻璃，向光的一面必需是超白钢化玻璃；电池片可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅的一种。中间的胶片可以是EVA或者PVB。1〕光伏玻璃幕墙组件美学要求应满足建筑物对光影要求假设BIPV组件安装在大楼的观光处，需求光线通透，采用光面超白钢化玻璃制造双面玻璃组件，用来满足建筑物的功能。在BIPV组件中，要思索到室内的采光要求，这时要调整电池片间距到25mm左右，使组件的透光率在30％左右。与建筑物的外观效果相协调普通光伏组件的接线盒普通粘在电池板反面，接线盒较大，很容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来。普通光伏组件的衔接线普通外露在组件下方，BIPV建筑中光伏组件的衔接线要求全部隐藏在幕墙构造中。2〕光伏幕墙组件构造性要求普通光伏组件，只需经过IEC61215的检测，满足抗130km/h(2,400Pa)风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。光伏玻璃幕墙组件不仅需求满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求〔风压变形性能、雨水浸透才干、空气浸透性能〕和建筑物平安性能要求，因此需求有更高的力学性能和采用不同的构造方式。普通光伏组件普通只需4mm厚，这种组件作为BIPV组件来运用往往会将大量的热量带人室内，同时也不能满足隔音的要求。这时可以将普通光伏组件做成中空Low-E隔音节能玻璃，这样既能隔热又能隔音，但技术上的难题有待处理。3〕建筑隔热隔音要求4〕BIPV组件电学性能与建筑构造的配合在设计BIPV建筑时要思索电池板本身的电压、电流能否方便光伏系统设备选型。比如在光电幕墙设计时，可以思索调整分隔，使BIPV组件接近规范组件电学性能。另外，也可以采用不同尺寸的电池片来满足分隔的要求。另外，还可以将少数边角上的电池片不衔接如电路，一满足电学要求。BIPV光伏组件的安装要比普通组件的安装难度大很多。普通BIPV组件安装高度较高、安装空间较小。思索到安装方便，可以将光伏组件和构造做成单元式构造，方便安装提高安装精度。比如可以采用单元式光电幕墙替代明框幕墙和隐框幕墙。5〕BIPV组件应安装、维护方便光伏瓦光伏遮阳组件PV-LED一体化组件BIPV组件及系统开展趋势大尺寸、多样化柔性化模块化集成化：单逆变组件、光伏-光热复用构件多点接入微网及其控制技术；大尺寸、多样化柔性化美国Konarka公司柔性化模块化支架构造接线盒引线方便安装可靠性高模块化遮挡问题？异形组件电气衔接？直流模块式BIPV组件光伏光热复用构件集成PV-LED一体化集成化光伏与保温资料一体化集成光伏与电致变色一体化集成太阳能涂料BIPV系统可靠性问题并网逆变器失效光伏建筑一体化组件光伏组件的安装、构造直流设备〔开关，电缆，过压维护电路〕组件沾污在屋顶安装的系统组件污染对功率输出的影响在2%以下较严重的污染使得系统功率输出减少高达18%BIPV组件安装问题组件安装机械强度不够接线衔接点松动接线盒中二极管散热问题.运行过程中的问题对系统的影响程度安装结构的腐蚀与缺陷19%组件沾污12%串保险丝缺陷4%问题组件（玻璃碎了，开路，变色）<2%串二极管缺陷2%插头/插座连接器受锈蚀1%过电压保护装置缺陷<1%在检查200个1000W屋顶光伏系统中发现的缺陷和缺乏主要影响要素五、兆瓦级BIPV系统案例上海太阳能工程技术研讨中心

兆瓦级BIPV系统光伏遮阳系统将太阳能光伏技术与传统的遮阳安装结合在一同的新型光伏建筑构件。玻璃幕墙系统圆环顶BIPV系统PV-LED系统柔性薄膜系统屋顶光伏系统车棚光伏系统光伏逆变、控制系统3KW光伏玻璃幕墙系统发电量实际与实践对比实际与实践根本符合，平均差别在5%以内，其中最大的差别为2021年2月份差别为6.4%，最小的差别为2021年12月份，差别为2%。实际发电值总是大于实践发电值，阐明实际模型中，部分参数取值存在偏向。中空玻璃幕墙发电情况到达了预期的效果。兆瓦级BIPV系统发电量实际与实践对比实际与实践根本符合，总发电量为13.9万kWh，实际发电量为68373.1kWh，实践发电量为65246.8kWh，差别为4.5%，2021年2月份，实际发电量为73161.6kWh，实践发电量为66252.8kWh，差别为9.4%。经过近三个月的运转，兆瓦级BIPV发电系统较好的到达了预期的效果。世博BIPV运用中国馆BIPV运用主题馆BIPV运用世博中心BIPV